식물공장은 최소의 에너지를 투입하면서 제어된 환경에서 품질이 균일한 작물을 대량 생산하는 방향으로 운영되어야 한다. 본 연구에서는 식물공장의 인공광원으로 청색LED, 적색LED 및 백색형광등(대조구)을 이용하였다. 식물공장 내의 환경 조건으로 기온(명기/암기), 상대습도, PPF를 각각 22/18℃, 70%, 230 μmol·m−2·s−1로 일정하게 유지한 가운데 적치마 상추의 생장 특성에 미치는 인공광원의 종류와 ...
식물공장은 최소의 에너지를 투입하면서 제어된 환경에서 품질이 균일한 작물을 대량 생산하는 방향으로 운영되어야 한다. 본 연구에서는 식물공장의 인공광원으로 청색LED, 적색LED 및 백색형광등(대조구)을 이용하였다. 식물공장 내의 환경 조건으로 기온(명기/암기), 상대습도, PPF를 각각 22/18℃, 70%, 230 μmol·m−2·s−1로 일정하게 유지한 가운데 적치마 상추의 생장 특성에 미치는 인공광원의 종류와 광주기(12/12 h, 16/8 h, 20/4 h)의 효과를 분석하였다. 또한 인공광원의 전력소모와 광합성유효복사에 기초하여 적치마 상추의 광이용효율을 결정하였다. 본 연구에서 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 인공광원의 종류에 따라 상이한 광주기가 적치마 상추의 정식 후 14일째 생장에 미치는 영향을 분석하였다. 광주기 12/12 h 조건의 엽록소 함량은 청색LED에서 22.2로 최대치가 나타났는데, 이 결과 광주기를 고려할 때 청색LED의 조사는 엽록소 함량의 증가를 기대 할 수 있다. 적색LED의 엽면적은 광주기 12/12 h, 16/8 h, 20/4 h 조건에서 0.04 m2 0.04 m2 0.07 m2로 각각 최대치를 보였다. 이러한 결과는 명기 시간이 늘어남에 따라 적색LED 처리가 엽면적 증가에 유리함을 의미한다. 지상부 생체중과 지상부 건물중의 최대치는 광주기 20/4 h 조건의 적색LED에서 39.95 g/plant, 1.59 g/plant로 나타났다. 따라서 적치마 상추의 초기 생장에 적색광의 영향이 큰 것으로 판단된다.
2. 적치마 상추의 정식 후 28일째 생장에 미치는 영향을 분석하였다. 엽록소 함량은 광주기 12/12 h, 16/8 h, 20/4 h 조건의 청색LED에서 21.2, 22.4, 19.9로 각각 최대치를 보였다. 모든 광주기 조건에서 엽면적은 각각 0.16 m2, 0.16 m2, 0.26 m2, 지상부 생체중은 각각 58.53 g/plant, 113.52, g/plant 173.34 g/plant, 지상부 건물중은 각각 2.56 g/plant, 4.83 g/plant, 6.34 g/plant로 적색LED 처리구에서 최대치가 나타났다. 따라서 적색광은 광합성에, 청색광은 성분 함량에 영향을 끼친 것으로 판단된다. 이 같은 결과에 기초하여 상추의 생장 단계에 따라 청색광과 적색광을 적절한 비율로 혼합하여 조사한다면 생산성의 향상과 광질에 의한 유용물질의 함량 증가가 가능할 것으로 판단된다.
3. 적치마 상추의 파이토케미컬(phytochemical)에 미치는 인공광원의 종류와 광주기의 효과를 분석하고자 안토시아닌과 비타민C 함량을 정식 후 28일 째에 조사하였다. 안토시아닌 함량은 광주기 12/12 h의 청색LED에서 0.83 mg/100g으로 다른 처리구에 비해서 4배 정도로 높게 나타났고, 대조구의 안토시아닌 함량은 12/12 h와 16/8 h에서는 미량이었고, 20/4 h에서는 0.35 mg/100g으로 다른 광원에 비해서 높게 나타났다. 따라서 명기가 짧을수록 청색LED의 처리 효과가 분명하였다. 비타민 C 함량은 안토시아닌 함량과 유사하게 16/8h의 청색LED 처리구에서 8.45 mg/100g으로 최대치가 나타났으나 광주기의 효과는 안토시아닌 함량의 경우와 반대로 나타난 가운데 명기가 길수록 비타민 C 함량이 증가하였다.
4. 광원의 전력 소모량에 기초하여 광주기에 따른 적치마 상추의 광이용효율을 분석하였다. 전력소모량은 백색형광등 451 W, 청색LED 132 W, 적색LED 110 W이다. 생장 1 단계의 최대 광이용효율은 광주기 20/4 h의 적색LED에서 0.68%로 12/12 h의 대조구 0.12%에 비하여 5.7배 크게 나타났다. 생장 2 단계의 최대 광이용효율은 20/4 h의 적색LED에서 2.06%로 12/12 h의 대조구 0.42%에 비하여 4.9배 크게 나타났다. 식물공장에서 인공광원의 전력소모를 고려할 때 상대적으로 소비전력이 적은 적색LED의 선택이 광이용효율을 높이는 데 기여할 것으로 판단된다.
5. 인공광원의 PAR에 기초하여 광주기에 따른 적치마 상추의 광이용효율을 분석하였다. 동일한 PPF에서 적산된 PAR값은 백색형광등 71.0 W‧m-2, 청색LED 47.2 W‧m-2, 적색LED 39.9 W‧m-2 이였다. 생장 1 단계의 최대 광이용효율은 광주기 20/4 h의 적색LED에서 3.28%로 12/12 h의 대조구 1.36%에 비하여 2.4배 크게 나타났다. 생장 2 단계의 광이용효율은 20/4 h와 16/8 h의 적색LED에서 9.95%, 9.77%로 12/12 h의 대조구 1.66%에 비하여 6배 크게 나타났다. 따라서 생장 단계에 따라 광주기를 다르게 설정하되 생장 초기에는 20/4 h, 생장 후기에는 16/8 h로 광주기를 설정하면 광이용효율을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
식물공장은 최소의 에너지를 투입하면서 제어된 환경에서 품질이 균일한 작물을 대량 생산하는 방향으로 운영되어야 한다. 본 연구에서는 식물공장의 인공광원으로 청색LED, 적색LED 및 백색형광등(대조구)을 이용하였다. 식물공장 내의 환경 조건으로 기온(명기/암기), 상대습도, PPF를 각각 22/18℃, 70%, 230 μmol·m−2·s−1로 일정하게 유지한 가운데 적치마 상추의 생장 특성에 미치는 인공광원의 종류와 광주기(12/12 h, 16/8 h, 20/4 h)의 효과를 분석하였다. 또한 인공광원의 전력소모와 광합성유효복사에 기초하여 적치마 상추의 광이용효율을 결정하였다. 본 연구에서 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 인공광원의 종류에 따라 상이한 광주기가 적치마 상추의 정식 후 14일째 생장에 미치는 영향을 분석하였다. 광주기 12/12 h 조건의 엽록소 함량은 청색LED에서 22.2로 최대치가 나타났는데, 이 결과 광주기를 고려할 때 청색LED의 조사는 엽록소 함량의 증가를 기대 할 수 있다. 적색LED의 엽면적은 광주기 12/12 h, 16/8 h, 20/4 h 조건에서 0.04 m2 0.04 m2 0.07 m2로 각각 최대치를 보였다. 이러한 결과는 명기 시간이 늘어남에 따라 적색LED 처리가 엽면적 증가에 유리함을 의미한다. 지상부 생체중과 지상부 건물중의 최대치는 광주기 20/4 h 조건의 적색LED에서 39.95 g/plant, 1.59 g/plant로 나타났다. 따라서 적치마 상추의 초기 생장에 적색광의 영향이 큰 것으로 판단된다.
2. 적치마 상추의 정식 후 28일째 생장에 미치는 영향을 분석하였다. 엽록소 함량은 광주기 12/12 h, 16/8 h, 20/4 h 조건의 청색LED에서 21.2, 22.4, 19.9로 각각 최대치를 보였다. 모든 광주기 조건에서 엽면적은 각각 0.16 m2, 0.16 m2, 0.26 m2, 지상부 생체중은 각각 58.53 g/plant, 113.52, g/plant 173.34 g/plant, 지상부 건물중은 각각 2.56 g/plant, 4.83 g/plant, 6.34 g/plant로 적색LED 처리구에서 최대치가 나타났다. 따라서 적색광은 광합성에, 청색광은 성분 함량에 영향을 끼친 것으로 판단된다. 이 같은 결과에 기초하여 상추의 생장 단계에 따라 청색광과 적색광을 적절한 비율로 혼합하여 조사한다면 생산성의 향상과 광질에 의한 유용물질의 함량 증가가 가능할 것으로 판단된다.
3. 적치마 상추의 파이토케미컬(phytochemical)에 미치는 인공광원의 종류와 광주기의 효과를 분석하고자 안토시아닌과 비타민C 함량을 정식 후 28일 째에 조사하였다. 안토시아닌 함량은 광주기 12/12 h의 청색LED에서 0.83 mg/100g으로 다른 처리구에 비해서 4배 정도로 높게 나타났고, 대조구의 안토시아닌 함량은 12/12 h와 16/8 h에서는 미량이었고, 20/4 h에서는 0.35 mg/100g으로 다른 광원에 비해서 높게 나타났다. 따라서 명기가 짧을수록 청색LED의 처리 효과가 분명하였다. 비타민 C 함량은 안토시아닌 함량과 유사하게 16/8h의 청색LED 처리구에서 8.45 mg/100g으로 최대치가 나타났으나 광주기의 효과는 안토시아닌 함량의 경우와 반대로 나타난 가운데 명기가 길수록 비타민 C 함량이 증가하였다.
4. 광원의 전력 소모량에 기초하여 광주기에 따른 적치마 상추의 광이용효율을 분석하였다. 전력소모량은 백색형광등 451 W, 청색LED 132 W, 적색LED 110 W이다. 생장 1 단계의 최대 광이용효율은 광주기 20/4 h의 적색LED에서 0.68%로 12/12 h의 대조구 0.12%에 비하여 5.7배 크게 나타났다. 생장 2 단계의 최대 광이용효율은 20/4 h의 적색LED에서 2.06%로 12/12 h의 대조구 0.42%에 비하여 4.9배 크게 나타났다. 식물공장에서 인공광원의 전력소모를 고려할 때 상대적으로 소비전력이 적은 적색LED의 선택이 광이용효율을 높이는 데 기여할 것으로 판단된다.
5. 인공광원의 PAR에 기초하여 광주기에 따른 적치마 상추의 광이용효율을 분석하였다. 동일한 PPF에서 적산된 PAR값은 백색형광등 71.0 W‧m-2, 청색LED 47.2 W‧m-2, 적색LED 39.9 W‧m-2 이였다. 생장 1 단계의 최대 광이용효율은 광주기 20/4 h의 적색LED에서 3.28%로 12/12 h의 대조구 1.36%에 비하여 2.4배 크게 나타났다. 생장 2 단계의 광이용효율은 20/4 h와 16/8 h의 적색LED에서 9.95%, 9.77%로 12/12 h의 대조구 1.66%에 비하여 6배 크게 나타났다. 따라서 생장 단계에 따라 광주기를 다르게 설정하되 생장 초기에는 20/4 h, 생장 후기에는 16/8 h로 광주기를 설정하면 광이용효율을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
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